[JE ME CULTIVE] Comment fonctionne le système GPS ?

Tournez à droite, puis à gauche... Le GPS, bientôt concurrencé en Europe par Galiléo, ne sert pas seulement au guidage des automobilistes égarés. Le point sur cette technologie de positionnement par satellite.

Les applications sont innombrables : outre son utilité militaire, le GPS permet par exemple de réguler le trafic routier, de construire des ponts, de guider un avion à l'atterrissage, de calculer la taille des champs, de connaître l'heure d'arrivée de son bus, et bien sûr de ne pas se perdre en voiture ! Actuellement, tous les systèmes de positionnement par satellite fonctionnent grâce au GPS américain (Global Positioning System). Le premier satellite a été lancé en 1978 à des fins militaires, mais la mise en fonction du système ne date que de 1993, lorsque tous les satellites (24) ont été mis en orbite. Tous ces satellites sont en orbite autour de la Terre, à une altitude de 25 000 km environ. A chaque point du globe, 4 satellites sont visibles en permanence : c'est le nombre minimum pour assurer un positionnement précis. Le GPS a une précision de 10 à 15 m seulement, car les ondes sont ralenties par l'atmosphère et parfois réfléchies sur les immeubles.



1. Les satellites de la constellation, équipés d'une horloge atomique d'une extrême précision, émettent des signaux indiquant l'heure de départ du satellite.
2. Le récepteur au sol, intégré par exemple dans un navigateur, possède en mémoire les coordonnées précises des orbites de tous les satellites. Il reçoit le signal d'un satellite et chronomètre le temps qu'il a mis pour arriver. Multiplié par la vitesse du signal (celle de la lumière), il obtient sa position par rapport à lui.
3. En croisant les données de trois satellites, il ne reste que deux possibilités. Le récepteur élimine celle qui n'est pas sur Terre.
4. Mais si les satellites sont équipés d'horloges atomiques, ce n'est pas le cas des récepteurs standards. Or un décalage d'une seconde peut entraîner une erreur de 300 000 km ! Pour confirmer sa position, il faut un quatrième satellite qui affine les mesures précédentes.



Pour des points immobiles, on a compris. Mais comment le GPS peut-il prendre en compte une voiture qui se déplace par exemple ? Une évaluation à partir d'une suite de positions fixes n'est en effet pas satisfaisante. Réponse : grâce à l'effet Doppler ; si l'utilisateur d'éloigne du satellite, la longueur d'onde du signal émis par celui-ci augmente. Si il s'en rapproche, elle diminue. On peut obtenir une plus grande précision avec le DGPS (GPS différentiel) : celui-ci nécessite une antenne au sol, dont les coordonnées sont enregistrées. L'antenne transmet les corrections aux récepteurs, qui peuvent alors calculer une position au centimètre près. En calculant la différence entre deux signaux de longueur d'onde différents, on pourra estimer avec précision le ralentissement des ondes à leur entrée dans l'atmosphère et réduire encore les incertitudes.

Galileo à l'assaut des américains
Galileo comprendra 30 satellites (6 de plus que le GPS), placés sur 3 orbites circulaires. Il offrira 10 bandes de fréquence, contre une seule actuellement pour le GPS. Sa résolution sera meilleure (1 m environ), et il offrira plus de services, dont un de recherche et de sauvetage. Mais le GPS ne va pas se laisser marcher sur les pieds : d'ici à 2008, trois nouvelles bandes de fréquence dont une pour le civil seront mises en service. Heureusement, grâce à un accord (difficile) entre l'Europe et les Etats-Unis, les récepteurs pourront fonctionner indifféremment avec le réseau GPS ou Galileo.

Sans te casser la baraque, je vous invite à aller là (où je participe beaucoup) :

GPSPasSion : Tutoriel : comprendre le GPS

Entre-autres :
Les coordonnées GPS
Le "FIX" : faire le point avec le GPS
La Navigation au Cap - "Moving Map"

Vous saurez à peu près tout.

Concernant le déplacement, je ne sais pas quel est la part de l'effet Doppler dans le déplacement d'un piéton ou du vvttiste.
En fait, la puce GPS fait le point toutes les secondes (voire plus souvent). Un simple calculateur calcule le déplacement entre les 2 points pendant cette seconde et donne la vitesse.